האטה בשיפורי הפרודוקטיביות ועלויות העלויות של סיליקון גורמים למנהיגים עסקיים להעריך חומרים אחרים.
הדרך מגילוי פורץ דרך יישומי תעשיית טרנספורמציה יכולים להיות ארוכים ועקיפים. לעתים קרובות העומס הראשון של האפשרויות מלווה בעשרות שנים של פיתוח, עידון וניסויים. גם אז, אין ערבויות. מעבדות ברחבי העולם עמוסות בטכנולוגיות מבטיחות של פעם, שמעולם לא מצאו שימוש מסחרי בשוק. תקדים זה מציב את המנהלים במצב קשה כאשר הם קובעים היכן ומתי להשקיע בחידושים המתעוררים. על כל חברה ששמה את ההימור הנכון על טכנולוגיות דיגיטליות מתפתחות, יש עשרות מתחרים שמפספסים לחלוטין את הגל וחייבים לשחק ולהדביק את הקצב. הזמן יגיד אם הכניסה האחרונה של קודאק לכריית ביטקוין, למשל, היא מהלך מבודד או חלק מאסטרטגיה ארוכת טווח ידועה מראש.
חברות מוליכים למחצה מוצאות את עצמן במצב מסובך. חדשנות קבועה עם סיליקון אפשרה לתעשייה לייצר רווחים עקביים ושיפורי ביצועים עקביים ומרשימים במשך עשרות שנים. לאחרונה, חברות חוות קושי מוגבר לסחוט יותר ערך מסיליקון. האטה זו הותירה את החברות לקבוע מה יחליף את הסיליקון ומתי. גרפן, למשל, הוכרז כחומר פלא עם פוטנציאל להשתוות או להתעלות על ביצועי הסיליקון. עם זאת, מסחור החומר עשוי להיות במרחק של עד 25 שנים וידרוש השקעה ניכרת הן במו"פ והן בעלויות ההון כדי להביא אותו לייצור. עם כל כך הרבה הוצאות המוקצות כיום לסיליקון, המנהלים חייבים לקבוע את הרגע הנכון להעביר הילוך לעבר החומר הבא - גם כשהתוצאה רחוקה מלהיות מובטחת.
האתגר משתרע הרבה מעבר לגרפן; כאשר חברות מוליכים למחצה מבקשות לזהות ולרתום את הגל הבא של חדשנות, על המנהלים לאמץ גישה אחרת. היכולת להבין כיצד התפתחויות שונות לכאורה יכולות ליצור מודלים ויישומים עסקיים חדשים דורשת פרספקטיבה מרחיבה יותר המתמקדת בחיבור הנקודות ובחקירת דרכים חדשות ליישם ידע ותובנות. מנהלי מוליכים למחצה צריכים להשתמש בעדשה זו כדי לעצב אסטרטגיה ארוכת טווח להפקת ערך מחומרים וטכנולוגיות קיימים תוך מעקב אחר חידושים המתהווים. הלך הרוח הזה יציב את החברות בצורה טובה יותר לשרוד אתגרים ידועים וגם לא ידועים בשנים הקרובות.
סיליקון: רוחות ראש קדימה?
הסיליקון, החומר העיקרי המשמש בתעשיית המוליכים למחצה, עמד בקצב היסטורי עם חוק מור בכך שסיפק התקדמות בלתי נתפסת בעבר. טכנולוגיות משבשות ומטרנספורמציות - אנליטיקה מתקדמת, מציאות רבודה, רכבים אוטונומיים, דיגיטל ואינטרנט של הדברים (IoT) - התאפשרו בזכות אלמנט יחיד שהוא שם ל-50 הקילומטרים הרבועים העשירים ביותר בעולם. ובכל זאת, עולות שאלות רציניות לגבי עתידו של הסיליקון ויכולתו להמשיך לתמוך בחדשנות: שלושה אינדיקטורים מובילים מספרים את הסיפור.
האטה בשיפורי הביצועים מובילה ללחצי תמחור
סיליקון הציע למעצבים ומהנדסים קנבס שהוליד התקדמות מתמשכת בקיבולת ובביצועים. מבט על נתונים משנות ה-1970 ממחיש את שיפורי הביצועים האקספוננציאליים הללו. עם זאת, בשנים האחרונות הקצב הואט במידה ניכרת. כוח העיבוד של המחשב התיישר והעליות בביצועי מעבד הסמארטפונים החלו להאט - בקיצור, הסיליקון הופך לבן תמותה (מוצג 1). מגמות אלו אומרות שחברות שבנו יתרונות תחרותיים על המשך חדשנות, ראו את ההובלה שלהן מתחילה להישחק ככל שחברות אחרות מדביקות את הפער.
שיפור הביצועים מואט
קובעי טרנדים נאבקים להרחיב את ההובלה לשיפור הביצועים על פני המתחרים, כך שהיכולת שלהם ללכוד את תמחורי הפרימיום לפני ששאר השוק ישיג את הפער נבלמת. הניתוח שלנו מצביע על ירידה של 10 עד 15 אחוזים ברגע שמתחרים רבים נכנסים לשוק.
הסלמה בעלויות הון ומו"פ
העלויות של חברות מוליכים למחצה ממשיכות לעלות כשהן עוברות לדור הבא של מותגים. כדי להשיג רווחי ביצועים, אנו מעריכים שחברות צריכות להגדיל את הוצאות ההון בשיעור של עד 40 אחוז (בהינתן דרישות לציוד חדש) ואת הוצאות המחקר והפיתוח ב-150 אחוז כדי להשיג את אותה תפוקה (מוצג 2). הגורם העיקרי להסלמה בעלויות ההון הוא ייצור ציוד, שגדל בכ-2 מיליארד דולר מאז שהתעשייה עשתה את המעבר לריבוי דפוסים. באופן לא מפתיע, יצרני מכשירים משולבים הגדילו במהירות את השקעות המחקר והפיתוח שלהם עבור טכנולוגיית צמתים מובילה.
הסלמה בדרישות ההון והשקעות מו"פ עשויות לעכב חדשנות נוספת
מרגיש מגבלות פיזיות של סיליקון
בנפרד מהאתגרים המסחריים, המשך הצמיחה של הסיליקון אינו ודאי גם מכיוון שהחדשנות הדביקה את המגבלות הפיזיות של החומר. לדוגמה, אורך הצומת מתקרב לרוחב ערוץ המוליכה שבו הביצועים מעוכבים מאוד: טרנזיסטורי סיליקון יפסיקו לפעול עקב השפעות קוונטיות של ממדים קטנים כגון מנהור, דליפות ובעיות חום. גם מגבלות בליטוגרפיה, מכשור וייצור מבנים בגודל ננו יעכבו את ההתקדמות.
שלוש המגמות הללו מעלות שאלה קריטית עבור חברות מוליכים למחצה: כמה עליהן להמשיך ולהשקיע בסיליקון במקום לתמוך בפיתוח חומרים חדשניים שיכולים לייצר שינוי צעד בביצועים ולקיים את צמיחת ההכנסות?
למה גרפן יכול להיות מחליף משחק
התעשייה עושה ניסויים עם כמה חומרים אקזוטיים חדשים, כולל סיליקן, גרמן וזרחן שחור, אבל גרפן נחשב כבעל הפוטנציאל הגדול ביותר (מוצג 3).
לחומרים חדשים יש את הפוטנציאל הגבוה ביותר לדרבן טכנולוגיה של הדור הבא שיכולה לעזור לקיים חדשנות
גילוי שכבת גרפן בעובי אטום על ידי שני חוקרים מאוניברסיטת מנצ'סטר באנגליה ב-2004, עוררה את הציפיות שהיא יכולה להפוך לתחליף מעולה לסיליקון (אינפוגרפיקה). למאפיינים של Graphene יש חברות בתעשיות מריירות: הניידות שלו מוערכת בפי 250 מזו של הסיליקון והגמישות שלו ותכונות אחרות הופכות אותו לאידיאלי עבור מגוון יישומים, מטכנולוגיית סוללה ועד לאופטואלקטרוניקה כגון מסכי מגע. פטנטים אחרונים, מאמרים אקדמיים ופרסומי מחקר מעידים על העניין הנרחב בגרפן.
גרפן לפי המספרים
למרות הבטחה זו, אימוץ הגרפן היה חמקמק. אז מה מעכב את זה? זיהינו ארבע מגבלות, שתיים טכניות ושתיים תעשייתיות. בפן הטכני, הנדסת פס-פערים נותרה מכשול גדול: ללא פער פס, מתגי גרפן אינם יכולים לכבות. במהלך העשור האחרון, החוקרים התמקדו בטיפול בסוגיה זו אך טרם פיצחו את הקוד. בנוסף, ייצור גרפן חייב ליצור גבישים איכותיים ולהיות תואם להתקני מוליכים למחצה משלימים מתכת-תחמוצת (CMOS) הקיימים. בפן התעשייתי, נדרשת כמות גדולה של הון ב-fabs, אבל לחברות מוליכים למחצה יש את רוב המשאבים שלהן קשורים לתוכניות שיפור תעשייתיות נוכחיות. יתרה מזאת, שרשרת ערך משולבת (כולל ייצור עיבוד מחדש באמצע הזרם) קיימת עבור סיליקון, אך נדרשות מיליארדי השקעות כדי ליצור מחדש אחת עבור גרפן.
בהתחשב באי הוודאות הללו, אנו צופים אימוץ גרפן וצמיחת שוק יבואו בשלושה שלבים - משפר, החלפת סיליקון ואלקטרוניקה מהפכנית (מוצג 4).
אנו מצפים שאימוץ גרפן וצמיחת השוק יגיעו בשלושה שלבים
בטווח הקרוב, אנו מצפים שגרפן ישמש כמשפר את הסיליקון, עם שכבות הגנה של גרפן המשמשות לשיפור האמינות והביצועים של חיבורים. נכון לעכשיו, נעשה שימוש במחסומי מתכת של טנטלום-ניטריד בגודל 14 ננומטר על חיבורי נחושת כדי למנוע דיפוזיה לתוך הסיליקון. בפערים של פחות מעשרה ננומטר, הדיפוזיה הופכת לגורם מרכזי לכשל במכשיר - פגם אחד לכל חלק מיליארד מביא לשיעור כשל של כ-30 אחוז. מחסומי גרפן מציעים מספר יתרונות על פני אלטרנטיבות אחרות כמו רותניום וקובלט, כולל יכולות הגנה טובות יותר בגודל שמינית בלבד ועם מהירויות חיבור בין כ-30 אחוזים יותר.
הסיבות העיקריות לחוסר האימוץ של גרפן הן כפולות. הדרישות לתהליך ההעברה והציפוי של גרפן צריכות להיות מפותחות במלואן ומשולבות בשלבי הייצור. בנוסף, עלות הגרפן חייבת לרדת באופן משמעותי כדי לאפשר ייצור המוני מסחרי. אנו צופים שייקח לפחות חמש עד עשר שנים לפתור את הבעיות הללו כדי שהגרפן יהפוך לחלופת סיליקון בת קיימא.
במהלך 10 עד 25 השנים הבאות, הגרפן יכול להחליף את הסיליקון כחומר העיקרי במוליכים למחצה, בהנחה שהמחקר יגלה שיטות להתגבר על מגבלות הפער שלו. גם אז, גרפן ישמש ביישומים שבהם היתרונות הטכניים שלו (כגון מהירות גבוהה, דרישות הפסד נמוכות, קנה מידה קטן וגמישות) מתאימים יותר ליישומים אלקטרוניים מאשר חומרים חלופיים (מוצג 5). הניתוח שלנו מחשב את השוק הניתן לטיפול הכולל של גרפן ב-190 מיליארד דולר בעיבוד נתונים, תקשורת אלחוטית ואלקטרוניקה צריכה.
השוק הכולל הניתן לשירות עבור אלקטרוניקה מבוססת גרפן מחושב ל-$190B על בסיס ביקוש ליישומים בעלי ביצועים גבוהים
האימוץ צפוי לעקוב אחר מגמת S-curve הדומה לטכנולוגיות אחרות, כאשר מסגרת הזמן ליישום מחקה בצורה הדוקה ביותר את אימוץ הוואפר. בסך הכל, תרחישים אופטימיים מראים שפוטנציאל שווי השוק של מוליכים למחצה גרפן יהיה בסביבות 70 מיליארד דולר עד 2030.
כיצד צריכים שחקני מוליכים למחצה מובילים להתנהל?
ההיסטוריה גילתה שלחלק מהטכנולוגיות לוקח זמן רב להתמסחר, אך הן יכולות לשנות במהירות תעשיות ברגע שהן יוצאות לשוק. מניסיוננו, חברות עם רקורד של הטלת רשת רחבה כדי לגלות את הטכנולוגיה הטרנספורמטיבית הבאה נוטות להיות מוכנות יותר לעמוד בשיבושים בתעשייה.
ההבטחה של Graphene מאוזנת על ידי האתגרים הטכניים והמסחריים החמורים שנדונו, שעלולים לעכב את השימוש בו כתחליף סיליקון. לכן, כאשר מעריכים את הפוטנציאל האמיתי של גרפן, מנהלי מוליכים למחצה צריכים להשתמש בגישת חדשנות מובנית כדי להעריך את האפשרויות שלהם. רנטגן החדשנות מורכב מעשר שאלות בשלוש קטגוריות - אסטרטגיית חדשנות, שיבוש טכנולוגיה ונהלי חדשנות (מוצג 6). התייחסות לשאלות אלו יכולה לעזור למנהיגים עסקיים לקבל תחושה טובה יותר של יכולות הארגון שלהם כאשר הם שואפים לחדשנות ולתמוך בחקירה של תרחישים שונים עם או בלי אימוץ גרפן. התוצאה היא אסטרטגיה המכינה ארגונים לשינוי דרמטי בתעשייה המונעת על ידי טכנולוגיה.
צילום רנטגן חדשני מורכב מעשר שאלות לטעינת טורבו בגישה המובנית שלך
לאחר ריצה ארוכה ופרודוקטיבית עם סיליקון, המנהלים מתחילים לחשוב מה עשוי להחליף אותו ולספק עקומת S דומה של חדשנות. המאפיינים של גרפן עוררו את הדמיון, אבל עד היום המגבלות הפיזיות שלו מנעו ממנו להימנות כיורש העצר של הסיליקון. ההיסטוריה העדכנית של חדשנות טכנולוגית מעידה שהנוף עשוי להשתנות במהירות - לכן, מנהלים צריכים לשקול את הגרפן כמתחרה רציני. ללא קשר לתוצאה הסופית, עסקים של מוליכים למחצה יכולים למצב את עצמם בפני שיבושים טכנולוגיים, ולצאת קדימה, על ידי אימוץ חשיבה המתמקדת בחדשנות מובנית. עולם של הרבה אלמונים דורש זאת.
